第三讲海水物理性质和大洋层化结构.docx

1、第三讲海水物理性质和大洋层化结构第三讲海水物理性质和大洋层化结构一、海水的主要热学和力学性质1.1 纯水的特殊性质1.1.1水分子特殊结构: 有极性 1.1.2水的溶解力很强 ：极好溶剂 1.1.3水密度随温度的变化特殊反常膨胀 1.1.4 水的热性质特殊 在二价（氧族）氢化物（H2S, H2Se, H2Te）中沸点、熔点似应为-80-90。 1.2 海水的盐度1.2.1 1902年的定义: knudsen首次定义盐度：1千克海水中将 (Br-,I-) 以氯置换，碳酸盐分解为氧化物,有机物全部氧化, 所余固体物质的总克数。(480度加热48小时） 利用海水组成恒定性性质不同地域，海水中主要成分

2、的绝对含量不同，但各含量间的比值近似恒定。测定出其中某一主要成分的含量，便可推算出海水盐度。 Knudsen盐度公式S = 0.030 +1.8050Cl， 其中Cl为氯度，1kg海水中的溴和碘以氯当量置换，氯离子的总克数。用硝酸银滴定法测定。 标准海水国际上统一用一种氯度值为19.374，对应盐度值为35.000的大洋水作为标准，称为国际标准海水。 1.2.2 1969年定义： 与海水导电率建立关系： S=f (R15)式中R15为电导比：(15，一个大气压)1.2.3 1978年实用盐标(PSS78 , PSU78) 基本思想与氯度脱钩，另选一个可再制的电导标准，再用海水相对新 标准的电导

3、比来确定海水的盐度值。 选择标准保持盐度历史资料与实用盐度资料的连续性。（氯度19.374 的国际标准海水，实用盐度为 35.000 ） 实用盐度的固定参考点浓度为32.4356 的高纯度KCl溶液。它在15C，一个大气压下的电导率，与同温同压国际标准海水的电导率相同 K15=C(35,15,0)/C(32.4356,15,0)=1，即在一个标准大气压下，温度15时，标准海水的电导率与标准KCl溶液的 电导率之比。 实用盐度的计算公式： 其中，进一步用任意温度t的电导比Rt 给出计算公式。实用盐度为旧的盐度的1000倍；废止，且无量纲。1.2.4实用CTD测盐度 1.2.5广义的盐度定义“密度

4、盐标”1.3 海水的主要热学性质和力学性质1.3.1热容和比热容：很大。1m3 海水降温1，可使 3100m3空气升温1。 1.3.2体积热膨胀：远小于空气；有反常膨胀；t(max)随S 增而降。 1.3.3压缩性、绝热变化和位温 压缩性： 量值小 “不可压缩”假设 影响大海面升30m 水声学绝热变化； 位温、位密 1.3.4蒸发潜热及饱和水汽压 比蒸发潜热：所有物质的最大者。蒸发一年使海洋失去126cm厚水层。 饱和水汽压 1.3.5热传导:性能强； 涡动热传导作用大，比分子热传导大103-104。 1.3.6沸点升高和冰点降低： 冰点：随盐度、压力（深度）增加而降低。 海水最大密度的温度：

5、随S 增而降低。 1.3.7海水的某些力学性质 粘滞性：较小，视为“理想流体”，但对浮游生物重要。 渗透压：海水淡化，仿生学。 表面张力：毛细波生成、水表生物。 1.4 海水的密度和海水状态方程 1.4.1海水密度及其表示法 密度：，千克/立方米，kg/m3 比容：；立方米/千克, m3/kg 都是温、盐、压的函数 =(s,t,p); = (s,t,p)克努曾参数:=(-1) 103; =(-0.9)1031.4.2密度超量（密度余量）：=-1000kg/m31.4.3比容偏差（异常、距常）和热比容偏差 比容偏差: = (s,t,p)- (35,0,p)热(盐)比容偏差: (s,t)= (s,

6、t,0)-(35,0,0)，即在海面（ p=0 ）处，二者之差。 1.4.4国际海水状态方程（EOS80) 一个大气压国际海水状态方程：(s,t,0)=w+AS+BS3/2+CS2, P=0 高压国际海水状态方程:(s,t,p)=(s,t,0) 1-(np )/K(s,t,p) -1实用温标的影响 t90=0.99976t68沸点：99.974，（t90）； t(max)=(3.9840.005) ,（t90） EOS80的应用 河口及某些海湾的密度计算问题 在同一温度下，密度随盐度的增大而增大对应某一特定盐度，有一最大密度时的温度点。该最大密度点随着盐度的增大而降低。密度随压强增大而增大，但

7、增幅不大。 二、海水的声学与光学性质2.1声波在海水中的传播 2.1.1传播速度 衰减慢：比光波、电磁波都小 速度大：（14501540）m/s；淡水 1436m/s ；大气320m/s影响因素比较： 水温增1声速增大5m/s盐度增1 声速增大1.14m/s水深增100m声速增大1.75m/s 测量及计算:测量用各种声速仪；计算有公式和程序二、海水的声学与光学性质2.1.2声速铅直分布一般随水深增加而降低：因水温降得快。中层以深，海压影响变显著。 声速最小层：大西洋12001300m,太平洋900 1000m 某些热带海域 2000m，温带200500m 大洋声道、声道轴：声能相对集中，传播距

8、离超常 （可达数百倍） 陆架浅海 表面声道：波导型传播。冬季，上层水温均匀，下层压力大一些。 反波导型传播：夏季，特别在午后(午后效应)。 跃层影响：比较复杂 夏季，跃层强 秋季，跃层弱 2.2 声学技术在海洋环境研究和开发中的应用 2.2.1深水声道：海难救助系统，海啸预警系统，导弹溅落定位 2.2.2回声定位声纳、声呐 军事：水下通讯、探测潜艇、海洋战场保障 渔业：探鱼器、渔场探测 航运交通：声导航、冰山探测 海洋环境研究调查：测深、地质剖面、声浮标、ADCP海洋声学层析、全球大洋声学监测网（ATOC） 2.2.3海洋环境噪声： A.对声纳的干扰：设计水声仪器须考虑信噪比。 B.利用价值：

9、水下音响集鱼器、驯海豚作“牧犬”、联络、 通讯。 2.3 光学技术在海洋环境研究和开发中的应用 2.3.1散射： 水分子散射，主要在短波段 粒子散射，影响复杂：表面反射、绕射、折射 体积散射系数（b） 2.3.2吸收： 对光的衰减作用比散射大得多，且有质的不同：转化热能可升温；化学能光合作用。 规律：吸收有选择性，短波、长波部分均较大。 洁净大洋水，蓝光吸收小；浑浊近岸水，黄光吸收小。 黄色物质：水生或陆源有机体腐败分解形成的可溶解性有机物质，多呈黄色。使吸收系数最小值向黄光波段推移 2.3.3衰减线性衰减系数：c=a+b，通过单位厚度的水层后，辐射通量的损耗率，单位是每米（m-1） 衰减系数

10、随波长的变化有极小值：洁净大洋水，=0.45m(蓝光)浑浊近岸水，向黄光波段推移。 透射能量： 洁净大洋水：蓝光透射多，1m近100,50m近50,（实线） 浑浊近岸水：黄光透射多，1m近50,10m已很少（虚线） 环境效应： 光合作用 水色、透明度 污染物光降解 海洋景观 2.4 透明度、水色、海色 2.4.1透明度 定义：透明度板相对透明度 新定义光的衰减系数的倒数衰减长度 测量仪器：透明度板、透明度仪、浊度计 2.4.2水中能见度：水平视程，仅为大气的千分之一。环境效应 2.4.3海色 含义 组成：两部分 海面反射光谱；与天空反射光有关 海洋内部的向上辐照度光谱 以彩色命名的海： 黄海、

11、红海能部分地反映海洋的光学状况 黑海、白海因天气变化而变 2.4.4水色 水色及水色号比“海色”更能反映海水本身的光学性质 分布规律及原因 大洋水色：深蓝色； 近岸水色：绿色或黄绿色、黄褐色；红海、赤潮； 2.4.5海发光（海火） 海洋生物发光夜间、扰动更甚 “荧光海”现象：庞大的细菌群落发光，持续时间长 中国近海的温度分布 中国近海分度表层冬季与夏季明显的差别。冬季：北方海区的温度比较低，甚至能够降到0度和-1度。渤海大部分是0-2度，北黄海是0-6度，南黄海是6-12度。东海是14-22度，南海是18-27度。 夏季：南海本应温度高，但是在广东东部沿海，因为有沿岸流和上升流，特别是上升流把

12、下面的低温水带上来，所以琼东沿岸出现了南海的最度温度，夏季可以到18度。整个夏季全海区的温度都非常高，都高于24、25度。 在朝鲜沿岸的地方出现一些低温水，就是低于20度，山东半岛的成山头沿岸，以及琼东沿岸都能出现低温水。冬季还有一个特点，高温的暖流使得等温线往北突出来。温度表层分布，一年的变化是有高有低，但是下面的各个层的分布就表现出非常复杂的变化，所以下层水文的年变化就不仅仅是靠太阳辐射的年变化来影响了，下面的变化就比较复杂了。 中国近海盐度的分布也有明显的特征，最明显就是夏季长江口、黄河口、珠江口有非常显著的低盐水蛇，秋冬季以后就向南转了。珠江口在春季、夏季的时候向动，到了秋季以后向西。

13、黑潮水对暖暖流水和黄海暖流水，盐度都是比较高的。在北方海区，沿岸流也比较明显，盐度也比较低。就是低温低盐的沿岸流使水温盐度也出现一些分布特征。 盐度终年的变化可以看出来，黄海的盐度终年都比较低，特别是表层，盐度可以降到31以下，东海变化更厉害，可以从34。5一直降到31以下。而南海的盐度表层始终是在34度左右，不会低于33度以下。表层是有这个特征，但是下层变化非常复杂。 水色和透明度，对于中国海来说，它分布的季节性变化看的很清楚。最大的透明度在黑潮流域，这里可以到20多米，实际上还可以超过这个，因为它受到各种因素的影响会有变化，是平均起来的。 南海整个的透明度都在25米以上，甚至可以到30米。南海的水色大部分地区都是2上下，在中沙群岛附近，稍微低一些。这个地方往往出现蓝绿色，因为受到珊瑚礁的影响。关于中国近海的水团分布，北部海区冬季、夏季水团的分布差别很大，特别是夏季，上层温度很高，是一些暖的水团，但是下层有冷水团，水文很低，上层是26的度，下层深的只有6度左右。 海水的物理性质非常特殊，看起来很平常。海水的环境要素的分布，形势变化也是很复杂，形成原因也是多方面的。